[发明专利]一种PBO纤维复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种PBO纤维复合材料的制备方法，包括下述步骤：步骤1：将50～80质量份的基体树脂、加入自身质量1～3倍质量的溶剂，制成胶料；步骤2：将100质量份PBO纤维浸入步骤1得到的胶料中，缠绕、晾干，得到预浸料，将预浸料铺于模具中，先在100℃下预热处理1h，然后按100℃/1h+170℃/2h+220℃/2h阶梯升温固化，最后300℃/1h+350℃/0.5h完成后固化；之后自然冷却到室温，脱模，即得PBO纤维/环氧树脂复合材料。本发明中使用的基体树脂在后固化过程中会转化为耐高温苯并噁唑树脂，由于苯并噁唑的热稳定性和力学性能非常好，因此复合材料的耐温等级和力学性能均大幅度提高，可用于制备耐高温复合材料和具有高强度要求的复合材料。

【技术领域】

本发明涉及复合材料的制备，具体的说，是一种聚亚苯基苯并二噁唑PBO纤维复合材料及其制备方法。

【背景技术】

聚亚苯基苯并二噁唑(PBO)是一类含苯并唑芳杂环液晶聚合物，具有优异的力学性能、耐高温性能和化学稳定性，在高性能材料领域有广泛的应用前景，尤其是用于高强度纤维。PBO纤维目前应用于防弹衣、防爆冲击材料和飞行器高强复合材料等领域。

但与其他用于复合材料的高性能纤维不同，PBO聚合物分子结构中缺乏极性基团，导致浸润性差，纤维与树脂基体界面结合力低，易产生界面缺陷并严重影响复合材料弯曲性能，复合材料中增强组分PBO纤维的高强特性并未充分体现出来，纤维和基体树脂界面性能差是复合材料的主要薄弱点。为此，国内外在PBO纤维的表面改性方面做了大量研究工作，如表面蚀刻、偶联剂、等离子体处理、电晕处理和辐射处理等也取得了很多成果。

目前这方面已经公布的文献和专利方法，大都是通过对PBO纤维进行更优化的表面处理工艺，改善了纤维表面的极性，引入活性基团，增强纤维与树脂基体之间的界面作用力，其效果还不够理想。如何提高制备具有良好界面效果的PBO纤维/聚合物基复合材料，是PBO纤维复合材料领域的前沿课题和难题。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备PBO纤维复合材料的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种PBO纤维复合材料，为100质量份PBO纤维和50～80质量份的基体树脂。

基体树脂由以下组分经过预制备而得到：多聚甲醛、2-胺基苯酚、芳香胺、芳香酸酐。

所述的芳香胺，分子结构中含有苯环和胺基，并且胺基连接在苯环上。可以是芳香单胺，也可以是芳香二胺。如果是芳香二胺，两个胺基可以位于同一个苯环上也位于不同的苯环上，但优选的方案是两个胺基位于不同的苯环上。关于芳香单胺和芳香二胺，有大量的商品化的化合物可供选择，例如可以是但不限于以下几种：

所述的芳香酸酐，其特征在于分子结构中含有苯环和酸酐基团，酸酐基团连接在苯环上；可以是芳香单酸酐，也可以是芳香二酸酐。如果是芳香二酸酐，两个酸酐基可以连接在同一个苯环上也连接在不同的苯环上，但优选的方案是两个酸酐基连接在不同的苯环上。关于芳香单酸酐和芳香二酸酐，有大量的商品化的化合物可供选择，例如可以是但不限于以下几种：

所述的胶料的预制备过程，其制备方法包括下述步骤：

(1)在配备搅拌、温度计、冷凝回流装置的反应器中加入计量的2-胺基苯酚和芳香酸酐、冰醋酸；2-胺基苯酚和芳香酸酐的加入量应保证酸酐基团和胺基比例为1～1.4∶1；冰醋酸的加入量为2-胺基苯酚和芳香酸酐加入量的质量的4～8倍；将2-胺基苯酚、芳香酸酐和冰醋酸充分混合后，升温至120～180度搅拌2～6h；反应结束后，将反应液倒出烧杯中，冷却干燥，除去未反应的原料，得到含有酰亚胺结构的产物1；依据所使用的是芳香单酸酐还是芳香二酸酐，产物1的结构式有如下两种：